JP7196667B2 - Manufacturing method of sintered body for rare earth magnet - Google Patents
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Description
本発明は、希土類磁石用焼結体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a sintered body for rare earth magnets.
永久磁石は自動車部品や産業機械、家電製品などの各種モータに使用されている。 Permanent magnets are used in various motors such as automobile parts, industrial machinery, and home appliances.
代表的な高性能磁石としてNd-Fe-B系磁石が挙げられる。Nd-Fe-B系磁石は、主として電気自動車(EV、HV、PHVなど)やハイブリッド自動車の駆動モータなどに使用されている。モータの更なる高効率化や小型化のニーズが高まり、より高い磁気物性を有する永久磁石の開発が期待されている。 Nd--Fe--B system magnets can be cited as typical high-performance magnets. Nd--Fe--B magnets are mainly used in drive motors for electric vehicles (EV, HV, PHV, etc.) and hybrid vehicles. As the need for motors with higher efficiency and smaller size increases, the development of permanent magnets with higher magnetic properties is expected.
Nd-Fe-B系磁石の磁気物性を超える永久磁石の主相系合金の候補の一つとして、ThMn12型結晶構造またはその類似構造を有するRT12化合物が注目されている。RT12化合物はNd-Fe-B系磁石の主相を構成する化合物であるR2T14B(Rは希土類元素の少なくとも一種、Tは少なくともFeを含んだ1種以上の鉄族遷移金属元素)より高い濃度の鉄族遷移金属を含有するため高い磁気物性が期待される。以下、ThMn12型結晶構造またはその類似構造を有するRT12化合物からなる相を1-12相と記述することがある。 An RT 12 compound having a ThMn 12 type crystal structure or a structure similar thereto is attracting attention as one of the candidates for main phase system alloys for permanent magnets that surpasses the magnetic properties of Nd--Fe--B magnets. The RT 12 compound is R 2 T 14 B (R is at least one rare earth element, T is at least one iron group transition metal element containing at least Fe), which is a compound that constitutes the main phase of an Nd—Fe—B magnet. ) Higher magnetic properties are expected due to higher concentrations of iron group transition metals. Hereinafter, a phase composed of an RT 12 compound having a ThMn 12 -type crystal structure or a similar structure may be referred to as a 1-12 phase.
特許文献1には、T元素であるFeの一部を、構造安定化元素であるTiにより部分的に置換して、高い磁化と引き換えに、熱安定性を高めた希土類永久磁石が開示されている。
特許文献2には、RFe12系化合物のR元素を、Zr、Hf等の置換元素により部分的に置換することで、遷移金属元素を置換するTi等の置換元素の量を減らして飽和磁化を保ったまま、ThMn12型結晶構造を安定化した希土類永久磁石が開示されている。 In Patent Document 2, by partially substituting the R element of the RFe 12 -based compound with a substituting element such as Zr or Hf, the amount of the substituting element such as Ti substituting the transition metal element is reduced to increase the saturation magnetization. Rare earth permanent magnets are disclosed which are stabilized while preserving the ThMn type 12 crystal structure.
また、特許文献3には、RFe12のR元素の一部としてYまたはGdを選択した、R´-Fe-Co系強磁性合金が開示されており、このR´-Fe-Co系強磁性合金が、超急冷法により生成させたThMn12型結晶構造を有することで、高い磁気特性を示す点が記載されている。
Further,
また、特許文献4には、Cuを添加することで非磁性かつ低融点の1-4組成(SmCu4相)の相が生成し、焼結と高保磁力化が可能なことが記載されている。
Further,
また、特許文献5には、ThMn12型の主相に対し副相としてSm5Fe17系相、SmCo5系相、Sm2O3系相、およびSm7Cu3系相の少なくともいずれかを含むことで、高保磁力化が可能なことが記載されている。 Further, in Patent Document 5, at least one of Sm 5 Fe 17 -based phase, SmCo 5 -based phase, Sm 2 O 3 -based phase, and Sm 7 Cu 3 -based phase is added as a secondary phase to a ThMn 12 -type main phase. It is described that the coercive force can be increased by including the element.
また、特許文献6には、Cuを添加することで液相が生成し緻密なバルク体が形成可能なことが記載されている。 Further, Patent Document 6 describes that the addition of Cu generates a liquid phase and enables the formation of a dense bulk body.
また、特許文献7には、Yを含むThMn12型の相を主相とする強磁性合金をストリップキャスト法で作製することで、主相組成の不均一性が少なく、主相比率が高い合金が得られることが記載されている。 In addition, in Patent Document 7, by producing a ferromagnetic alloy whose main phase is a ThMn 12 type phase containing Y by a strip casting method, the main phase composition is less uniform and the main phase ratio is high. is obtained.
また、特許文献8には、Yを含むThMn12型の相を主相とする磁石材料で高い飽和磁化や異方性磁界が得られることが記載されている。 Further, Patent Document 8 describes that a magnetic material having a Y-containing ThMn 12 -type phase as a main phase can provide high saturation magnetization and anisotropic magnetic field.
高性能磁石に用いる焼結体の条件の一つとして、磁気特性に悪影響を及ぼす異相が少ない組織であることが必要である。焼結体中にbcc-Fe相に代表される軟磁性相が存在すると、その軟磁性相が磁化反転の起点となり、容易に磁化反転が進行するため、保磁力、角形性、残留磁束密度といった磁気特性が著しく低下する。そのため、このような軟磁性の異相が極力存在しないような焼結体が求められる。また、残留磁束密度(Br)を高めるには焼結体を配向させる必要がある。そのためには微粉末の状態で主相量が多く、さらに主相が単結晶ライクな粒子になっていることが求められ、原料合金の段階で主相量が多く、さらに主相粒が微粉末のサイズに対して十分粗大であることが求められる。 As one of the conditions for a sintered body to be used for a high-performance magnet, it is necessary to have a structure with few heterogeneous phases that adversely affect magnetic properties. When a soft magnetic phase typified by the bcc-Fe phase exists in the sintered body, the soft magnetic phase becomes a starting point for magnetization reversal, and magnetization reversal easily progresses. Magnetic properties are significantly degraded. Therefore, a sintered body in which such a heterogeneous phase of soft magnetism does not exist as much as possible is required. Moreover, it is necessary to orient the sintered body in order to increase the residual magnetic flux density (B r ). For that purpose, it is required that the amount of the main phase is large in the state of fine powder, and that the main phase is a single-crystal-like particle. It is required to be sufficiently coarse with respect to the size of
特許文献1に記載の希土類永久磁石は、TiによるFeの元素置換により、熱安定性が高められているものの、TiによるFe置換量が多いため、その分磁化が小さくなり、十分な磁気特性を得られない。
The rare earth permanent magnet described in
一方、特許文献2に記載の希土類永久磁石では、Ti等で遷移金属元素を置換することによりThMn12構造の安定化を図っているものの、その効果は必ずしも十分でない。 On the other hand, in the rare earth permanent magnet described in Patent Document 2, the ThMn12 structure is stabilized by substituting a transition metal element with Ti or the like, but the effect is not necessarily sufficient.
特許文献3に記載のR´-Fe-Co系強磁性合金は、Fe元素を構造安定化元素M(Ti等)で置換していないため、高い磁化と大きい磁気異方性と高いキュリー温度を得られているが、非平衡相であるために、焼結等の高温での緻密化プロセスにおいて主相化合物が分解することがある。
The R'--Fe--Co ferromagnetic alloy described in
特許文献4に記載の希土類磁石では、Ti添加量が多いために磁気物性値が高くないことがある。
The rare earth magnet described in
特許文献5に記載の希土類磁石では、希土類リッチな副相Sm7Cu3を使用した場合、熱処理時に主相とSm7Cu3の反応により、主相よりも希土類リッチな相が生成することが懸念される。 In the rare earth magnet described in Patent Document 5, when the rare earth-rich secondary phase Sm 7 Cu 3 is used, a phase richer in rare earth than the main phase may be generated due to the reaction between the main phase and Sm 7 Cu 3 during heat treatment. Concerned.
特許文献6に記載の希土類磁石では、Fe元素を構造安定化元素Mで置換していないため、高い磁化と大きい磁気異方性と高いキュリー温度を得られ、かつバルク体としての密度が高いが、非平衡相であるために、1000℃以上の焼結等の高温でのプロセスにおいて主相化合物が分解することがある。 In the rare earth magnet described in Patent Document 6, since the Fe element is not replaced with the structure stabilizing element M, high magnetization, large magnetic anisotropy, and a high Curie temperature can be obtained, and the density as a bulk body is high. Since it is a non-equilibrium phase, the main phase compound may decompose in a high temperature process such as sintering at 1000° C. or higher.
特許文献7に記載の強磁性合金や特許文献8に記載の磁石材料の組成は、焼結体の作製工程で不可避的に混入する酸素の影響が考慮されていないため、酸素が希土類元素と優先的に反応し、主相が分解し、bcc-Fe相などの軟磁性相が生成することが懸念される。 Since the composition of the ferromagnetic alloy described in Patent Document 7 and the magnet material described in Patent Document 8 does not take into account the influence of oxygen that is inevitably mixed in the production process of the sintered body, oxygen is preferred as a rare earth element. It is feared that a soft magnetic phase such as a bcc-Fe phase may be generated due to the decomposition of the main phase.
本開示の実施形態は、磁気特性に悪影響を及ぼす異相が少なく、配向が可能な希土類磁石用焼結体の製造方法を提供する。 Embodiments of the present disclosure provide a method for manufacturing a sintered body for a rare earth magnet that has less heterogeneous phases that adversely affect magnetic properties and that can be oriented.
本開示の希土類磁石用焼結体の製造方法は、例示的な実施形態において、全体の組成が下記の組成式(1)で表され、
R11-x1R2x1(Fe1-y1Coy1)w1-z1Tiz1Cuα1Oβ1(1)、
R1はY又はYとGdであり、YはR1全体の50mol%以上であり、R2はSm、La、Ce、NdおよびPrからなる群から選択される少なくとも1種であり、Smを必ず含み、SmはR2全体の50mol%以上であり、x1、y1、z1、w1、α1、およびβ1は、それぞれ、0.3≦x1≦0.9、0≦y1≦0.4、0.38≦z1≦0.70、7≦w1≦12、0≦α1≦0.70、0.02≦β1≦0.5、および0≦1-x1-2z1/3-0.092α1―8β1/15≦0.05を満足する、ThMn12型結晶構造を有する相を主相とする希土類磁石用焼結体の製造方法であって、原料の溶湯を冷却して、全体の組成が下記の組成式(2)で表され、
R31-x2R4x2(Fe1-y2Coy2)w2-z2Tiz2Cuα2Oβ2 (2)、
R3はY又はYとGdであり、YはR3全体の50mol%以上であり、R4はSm、La、Ce、NdおよびPrからなる群から選択される少なくとも1種であり、Smを必ず含み、SmはR4全体の50mol%以上であり、x2、y2、z2、w2、α2およびβ2はそれぞれ、0.3≦x2≦0.9、0≦y2≦0.4、0.38≦z2≦0.70、9.4≦w2≦12.0、0.44≦α2≦0.70、およびβ2≦0.5を満足する希土類磁石用合金Mを作製する工程と、原料の溶湯を冷却して、全体の組成が下記の組成式(3)で表され、
R51-x3R6x3T3w3Cuα3Oβ3 (3)、
R5はY又はYとGdであり、YはR5全体の50mol%以上であり、R6はSm、La、Ce、NdおよびPrからなる群から選択される少なくとも1種であり、Smを必ず含み、SmはR6全体の50mol%以上であり、T3はFe,Co,Tiからなる群から選択される少なくとも1種であり、x3、w3、α3およびβ3はそれぞれ、0≦x3<0.5、0≦w3≦3、0≦α3≦2、およびβ3≦0.5を満足する希土類磁石用合金Lを作製する工程と、合金Lを全体の重量の1.5%以上10%以下の混合比で混合し、合金Mと合金Lの混合微粉を得る工程と、 上記混合微粉の圧粉体を作製する工程と、前記圧粉体を900℃以上1250℃以下で5分以上50時間以下熱処理して焼結体を得る工程と、を含む希土類磁石用焼結体の製造方法。
In an exemplary embodiment of the method for producing a sintered body for rare earth magnets of the present disclosure, the overall composition is represented by the following compositional formula (1),
R1 1-x1 R2 x1 (Fe 1-y1 Co y1 ) w1-z1 Ti z1 Cu α1 O β1 (1),
R1 is Y or Y and Gd, Y is 50 mol% or more of the total of R1, R2 is at least one selected from the group consisting of Sm, La, Ce, Nd and Pr, and must contain Sm, Sm is 50 mol% or more of the total of R2, and x 1 , y 1 , z 1 , w 1 , α 1 , and β 1 are 0.3 ≤ x 1 ≤ 0.9, 0 ≤ y 1 ≤ 0, respectively .4, 0.38≦z 1 ≦0.70, 7≦w 1 ≦12, 0≦α 1 ≦0.70, 0.02≦β 1 ≦0.5, and 0≦1−x 1 −2z A method for producing a sintered body for a rare earth magnet having a phase having a ThMn type 12 crystal structure as a main phase and satisfying 1 /3-0.092α 1 -8β 1 /15≦0.05, comprising: is cooled, and the overall composition is represented by the following compositional formula (2),
R3 1-x2 R4 x2 (Fe 1-y2 Co y2 ) w2-z2 Ti z2 Cu α2 O β2 (2),
R3 is Y or Y and Gd, Y is 50 mol% or more of the total of R3, R4 is at least one selected from the group consisting of Sm, La, Ce, Nd and Pr, and must contain Sm, Sm is 50 mol% or more of the total of R4, and x 2 , y 2 , z 2 , w 2 , α 2 and β 2 are respectively 0.3≦x 2 ≦0.9, 0≦y 2 ≦0.4 , 0.38≦z 2 ≦0.70, 9.4≦w 2 ≦12.0, 0.44≦α 2 ≦0.70, and β 2 ≦0.5. The process of making and cooling the molten metal of the raw material, the overall composition is represented by the following compositional formula (3),
R5 1-x3 R6 x3 T3 w3 Cu α3 O β3 (3),
R5 is Y or Y and Gd, Y is 50 mol% or more of the total of R5, R6 is at least one selected from the group consisting of Sm, La, Ce, Nd and Pr, always containing Sm, Sm is 50 mol% or more of the total of R6, T3 is at least one selected from the group consisting of Fe, Co, and Ti, and x 3 , w 3 , α 3 and β 3 are each 0≦x 3 < 0.5, 0≦w 3 ≦3, 0≦α 3 ≦2, and β 3 ≦0.5; a step of mixing at a mixing ratio of 10% or less to obtain a mixed fine powder of alloy M and alloy L; a step of producing a compact of the mixed fine powder; a step of heat-treating for minutes to 50 hours to obtain a sintered body.
ある実施形態において、前記焼結体の粉末X線回折パターンにおいて、前記ThMn12型結晶構造を有する相の002反射に起因するピークの最大強度をIThMn12、bcc-(Fe,Co,Ti)相の011反射に起因するピークの最大強度をIbcc‐(Fe,Co,Ti)としたときに、Ibcc‐(Fe,Co,Ti)/IThMn12≦0.75を満足する。 In one embodiment, in the powder X-ray diffraction pattern of the sintered body, the maximum intensity of the peak due to the 002 reflection of the phase having the ThMn 12 type crystal structure is I ThMn12 , bcc-(Fe, Co, Ti) phase where Ibcc- ( Fe,Co,Ti) is the maximum intensity of the peak due to the 011 reflection of .
ある実施形態において、前記焼結体の粉末X線回折パターンにおいて、前記ThMn12型結晶構造を有する相の002反射に起因するピークの最大強度をIThMn12、Th2Ni17型結晶構造を有する相の023反射に起因するピークの最大強度をITh2Ni17としたときに、ITh2Ni17/IThMn12≦0.7を満足する。 In one embodiment, in the powder X-ray diffraction pattern of the sintered body, the maximum intensity of the peak due to the 002 reflection of the phase having the ThMn 12 type crystal structure is defined as I ThMn12 , the phase having the Th 2 Ni 17 type crystal structure where I Th2Ni17 is the maximum intensity of the peak due to the 023 reflection of , I Th2Ni17 /I ThMn12 ≦0.7 is satisfied.
本発明の実施形態によれば、磁気特性に悪影響を及ぼす異相が少なく、配向が可能な希土類磁石用焼結体の製造方法を提供することができる。 According to the embodiments of the present invention, it is possible to provide a method for producing a sintered body for a rare earth magnet that has less heterogeneous phases that adversely affect magnetic properties and that can be oriented.
本発明者らが鋭意研究した結果、焼結体の最終組成を後述する組成式(1)を満たすようにすることで、磁気特性に悪影響を及ぼすbcc-(Fe,Co,Ti)相や2-17相などの生成を抑制可能であることを見出した。しかし、1種類の合金のみからそのような焼結体を作製しようとすると、合金の段階で2-17相のような1-12相よりもRリッチな相が多量生成してしまう。その場合、合金中の1-12相の比率が低くなり、かつ微粉砕のサイズに対して十分粗大な1-12相が得られないため、磁界中で成形する場合に十分に配向しない。本発明者らは、後述する組成式(2)を満たすような原料合金Mと後述する組成式(3)を満たすような原料合金Lを別々に作製し、途中で混合することで、配向も可能であり、かつ、焼結体も組成式(1)を満たして磁気特性に悪影響を及ぼす相を抑制できることを見出した。 As a result of intensive research by the present inventors, it was found that by making the final composition of the sintered body satisfy the composition formula (1) described later, the bcc-(Fe, Co, Ti) phase and 2 It was found that the formation of -17 phase and the like can be suppressed. However, if an attempt is made to produce such a sintered body from only one kind of alloy, a large amount of R-rich phase such as 2-17 phase is produced at the stage of the alloy, which is richer in R than 1-12 phase. In that case, the ratio of the 1-12 phase in the alloy is low, and the 1-12 phase is not sufficiently coarse with respect to the pulverization size, so that it is not well oriented when compacted in a magnetic field. The present inventors separately produced a raw material alloy M that satisfies the composition formula (2) described later and a raw material alloy L that satisfied the composition formula (3) described later, and mixed them in the middle to obtain the orientation. In addition, the sintered body also satisfies the composition formula (1) to suppress phases that adversely affect the magnetic properties.
[希土類磁石用焼結体の組成]
本開示の希土類磁石用焼結体は、全体の組成が下記の組成式(1)によって表される。
R11-x1R2x1(Fe1-y1Coy1)w1-z1Tiz1Cuα1Oβ1 (1)
[Composition of sintered body for rare earth magnet]
The overall composition of the sintered body for a rare earth magnet of the present disclosure is represented by the following compositional formula (1).
R1 1-x1 R2 x1 (Fe 1-y1 Co y1 ) w1-z1 Ti z1 Cu α1 O β1 (1)
ここで、R1はY又はYとGdであり、YはR1全体の50mol%以上であり、R2はSm、La、Ce、NdおよびPrからなる群から選択される少なくとも1種であり、Smを必ず含み、SmはR2全体の50mol%以上である。R1は、Yのみ(不可避的不純物は除く)であることが好ましく、R2は、Smのみ(不可避的不純物は除く)であることが好ましい。また、x1、y1、z1、w1、α1およびβ1はそれぞれ、0.3≦x1≦0.9、0≦y1≦0.4、0.38≦z1≦0.70、7≦w1≦12、0.4≦α1≦0.7および0.02≦β1≦0.5を満足し、さらに関係式0≦1-x1-2z1/3-0.092α1―8β1/15≦0.05を満たす。 Here, R1 is Y or Y and Gd, Y is 50 mol% or more of the total of R1, R2 is at least one selected from the group consisting of Sm, La, Ce, Nd and Pr, and Sm Sm must be included, and Sm is 50 mol % or more of the entire R2. R1 is preferably Y only (excluding unavoidable impurities), and R2 is preferably Sm only (excluding unavoidable impurities). In addition, x 1 , y 1 , z 1 , w 1 , α 1 and β 1 are respectively 0.3≦x 1 ≦0.9, 0≦y 1 ≦0.4, 0.38≦z 1 ≦0 .70, 7≦w 1 ≦12, 0.4≦α 1 ≦0.7 and 0.02≦β 1 ≦0.5, and the relational expression 0≦1−x 1 −2z 1 /3− It satisfies 0.092α 1 -8β 1 /15≦0.05.
本発明者らが鋭意研究した結果、焼結体を上記の式(1)に示されるような組成範囲に設定することにより、磁気特性に悪影響を及ぼすbcc-(Fe,Co,Ti)相や2-17相などの生成を抑制可能であることを見出した。 As a result of intensive research by the present inventors, by setting the composition range of the sintered body as shown in the above formula (1), the bcc-(Fe, Co, Ti) phase, which adversely affects the magnetic properties, and It was found that the formation of 2-17 phase and the like can be suppressed.
[焼結体の組成等の限定理由について]
(R1およびR2の種類)
R1はYまたはYとGdであり、YはR1全体の50mol%以上である。R1が別の元素のとき、1-12相以外に安定な相が生成することがある。たとえば、R1がZrの場合、Th6Mn23型の相が生成し、bcc-(Fe,Co,Ti)相も多量生成するため所望の焼結体が得られない。なお、Gdは高価なため、R1はYのみである方が好ましい。また、1-12相の磁気物性値と相安定性から、R2はSm、La、Ce、NdおよびPrからなる群から選択される少なくとも1種であり、Smを必ず含み、SmはR2全体の50mol%以上である。磁気物性値の観点から、R2はSmのみであることがより好ましい。
[Regarding the reason for limiting the composition of the sintered body, etc.]
(Types of R1 and R2)
R1 is Y or Y and Gd, and Y is 50 mol % or more of the total of R1. When R1 is another element, a stable phase other than the 1-12 phase may be produced. For example, when R1 is Zr, a Th 6 Mn 23 type phase is produced, and a large amount of bcc-(Fe, Co, Ti) phase is also produced, making it impossible to obtain a desired sintered body. Since Gd is expensive, it is preferable that R1 is only Y. In addition, from the magnetic physical property value and phase stability of the 1-12 phase, R2 is at least one selected from the group consisting of Sm, La, Ce, Nd and Pr, always contains Sm, and Sm is the total of
(R2の含有量)
R1とR2の総量に対するR2の含有量の原子数比率を示すx1(R2置換量x1)の範囲は0.3≦x1≦0.9である。x1-が0.3未満であると1-12相の磁気異方性が低下するため好ましくない。また、x1が0.9より大きいと1-12相の安定性が低下し、bcc-(Fe,Co,Ti)相や2-17相が生成するおそれがあり、好ましくない。
(Content of R2)
The range of x 1 (R2 substitution amount x 1 ), which indicates the atomic number ratio of the content of R2 to the total amount of R1 and R2, is 0.3≦x 1 ≦0.9. If x 1 − is less than 0.3, the magnetic anisotropy of the 1-12 phase is lowered, which is not preferable. On the other hand, if x1 is larger than 0.9, the stability of the 1-12 phase is lowered, and the bcc-(Fe, Co, Ti) phase and the 2-17 phase may be generated, which is not preferable.
(FeとCoの比率)
FeとCoの合計に対するCoの原子数比率を示すy1(Co置換量y1)の範囲は0≦y1≦0.4である。1-12相のキュリー温度が低下する恐れを避けるためy1は0.05以上であることがより好ましい。また、y1が0.4より大きいと1-12相の体積磁化および磁気異方性磁界が低下するため好ましくない。
(ratio of Fe and Co)
The range of y 1 (Co substitution amount y 1 ), which indicates the atomic number ratio of Co to the sum of Fe and Co, is 0≦y 1 ≦0.4. In order to avoid the risk of lowering the Curie temperature of the 1-12 phase, y1 is more preferably 0.05 or more. Also, if y1 is larger than 0.4, the volume magnetization and magnetic anisotropic magnetic field of the 1-12 phase are lowered, which is not preferable.
(Tiの含有量)
R1とR2の総量に対するTiの含有量の原子数比率を示すz1(Ti含有量z1)の範囲は0.38≦z1≦0.70である。z1が0.38未満であると焼結中に2-17相やbcc-(Fe,Co,Ti)相が安定して生成するため好ましくない。また、z1が0.70より大きいと1-12相の磁気物性が低下するため好ましくない。より高い磁気特性、特にJsを得るためにはTi量は少ない方が好ましい。具体的には、z1の範囲が0.38≦z1≦0.60であることがさらに好ましい。なお、Tiの50mol%以下をタングステン(W)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、ケイ素(Si)といった1-12相の構造を安定化させる元素で置換してもよい。
(Content of Ti)
The range of z 1 (Ti content z 1 ), which indicates the atomic number ratio of the Ti content to the total amount of R1 and R2, is 0.38≦z 1 ≦0.70. If z1 is less than 0.38, the 2-17 phase and the bcc-(Fe, Co, Ti) phase are stably generated during sintering, which is not preferable. Also, when z1 is larger than 0.70, the magnetic properties of the 1-12 phase are lowered, which is not preferable. In order to obtain higher magnetic properties, especially Js , the smaller the Ti content, the better. Specifically, it is more preferable that the range of z 1 is 0.38≦z 1 ≦0.60. Note that 50 mol% or less of Ti is an element that stabilizes the 1-12 phase structure, such as tungsten (W), vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), and silicon (Si). may be replaced.
(Cuの含有量)
R1とR2の総量に対するCuの含有量の原子数比率を示すα1の範囲は、0.4≦α1≦0.7である。α1が0.7より大きいと、副相であるR-Cu相の比率が高くなり、主相の比率が低下し、焼結体全体としての磁化が低下するため好ましくない。また、α1が0.4より小さいと、熱処理中の液相量が少なくなるため、溶体化処理時の異相低減や、焼結時の緻密化が進行しにくくなるため好ましくない。
(Cu content)
The range of α1, which indicates the atomic number ratio of the Cu content to the total amount of R1 and R2, is 0.4≦α1≦0.7. If α1 is larger than 0.7, the ratio of the R—Cu phase, which is a secondary phase, increases, the ratio of the main phase decreases, and the magnetization of the sintered body as a whole decreases, which is not preferable. On the other hand, when α1 is less than 0.4, the amount of liquid phase during heat treatment is reduced, which makes it difficult to reduce heterogeneous phases during solution treatment and densification during sintering, which is not preferable.
(Fe、Co、Tiの総量)
R1とR2の総量に対するFe、Co、Tiの総量の原子数比率を示すw1の範囲は、7≦w1≦12である。w1が12より大きいと、bcc-(Fe、Co、Ti)相が顕著に生成するため好ましくない。またw1が7より小さいと、2-17相のような1-12相よりも希土類含有量が多く磁気特性に悪影響を及ぼす相が顕著に生成するため好ましくない。
(Total amount of Fe, Co and Ti)
The range of w1, which indicates the atomic number ratio of the total amount of Fe, Co, and Ti to the total amount of R1 and R2, is 7≤w1≤12 . When w1 is larger than 12, the bcc-(Fe, Co, Ti) phase is produced significantly, which is not preferable. If w1 is less than 7, a phase such as the 2-17 phase, which has a higher rare earth element content than the 1-12 phase and has an adverse effect on the magnetic properties, is not preferable.
(酸素の含有量)
R1とR2の総量に対する酸素の含有量の原子数比率を示すβ1は、0.02≦β1≦0.5の範囲が適切である。β1が0.02より小さいと、焼結前の微粉が発火しやすくなり、ハンドリングが困難になるため好ましくない。また、β1が0.5より大きいと、焼結体中の酸化物相の比率が高くなり、1-12相の比率が低下し、磁石全体としての磁化が低下するため好ましくない。
(Oxygen content)
β1, which indicates the atomic number ratio of the oxygen content to the total amount of R1 and R2, is suitably in the range of 0.02≦β1≦0.5. If β1 is less than 0.02, the fine powder before sintering tends to ignite, making handling difficult, which is not preferable. On the other hand, if β1 is larger than 0.5, the ratio of the oxide phase in the sintered body increases, the ratio of the 1-12 phase decreases, and the magnetization of the magnet as a whole decreases, which is not preferable.
(酸素量と他の元素の量の関係)
x1、z1、α1、およびβ1は関係式0≦1-x1-2z1/3-0.092α1―8β1/15≦0.05を満たす。焼結体は一般的に微粉を用いるため、通常、原料合金よりも酸素量が高くなる。そのため、原料合金の段階では異相が少ないような合金でも、微粉砕や焼結時に酸素が主相や粒界相(焼結時は液相)中の希土類と反応して酸化物相となり、結果として1-12相が分解してbcc-(Fe、Co、Ti)相が生成する場合がある。筆者らは鋭意研究の結果、R1に含まれているYが特に酸化しやすいこと、および、各相にR1がどのように配分されるかを突き止めた。上記関係式は、z1の値から1-12相として消費されるR1の量を2z1/3、α1の値からR-Cu相として消費されるR1を0.092α1、β1の値からR酸化物相として消費されるR1を8β1/15とそれぞれ記述し、R1の実際の量1-x1からz1、α1、β1から計算したR1の量を差し引いたものの上下限を定めた式である。1-x1-2z1/3-0.092α1―8β1/15がマイナス側で小さくなるほど、1-12相、R-Cu相およびR酸化物相生成に必要なR1が不足していることを意味し、特に0未満であると、bcc-(Fe、Co、Ti)相が多量生成するため好ましくない。逆にプラス側で大きくなるほどR1が余剰になることを意味し、特に0.05より大きいと2-17相のような1-12相よりも希土類含有量の多い相が多量生成するため好ましくない。また、bcc-(Fe、Co、Ti)相や2-17相が焼結体中にどの程度存在するかを調べる簡便な方法として、粉末X線回折測定が挙げられる。各相のピークのうち、ThMn12型結晶構造を有する相(1-12相)は002反射、bcc-(Fe、Co、Ti)相は011反射、Th2Ni17型結晶構造を有する相(2-17相)は023反射に起因するピークが他の相の影響が少なく、なおかつピーク強度が高い。そこで、1-12相の002反射に起因するピークの最大強度をIThMn12、bcc‐(Fe,Co,Ti)相の011反射に起因するピークの最大強度をIbcc‐(Fe,Co,Ti)、2-17相の023反射に起因するピークの最大強度をITh2Ni17としたときに、bcc‐(Fe,Co,Ti)相および2-17相のピークの相対強度はそれぞれ、Ibcc‐(Fe,Co,Ti)/IThMn12およびITh2Ni17/IThMn12と記述できる。焼結体中のbcc‐(Fe,Co,Ti)相および2-17相は極力少ない方が望ましく、bcc‐(Fe,Co,Ti)相の相対強度Ibcc‐(Fe,Co,Ti)/IThMn12が0.75以下であることが望ましい。また、2-17相の相対強度ITh2Ni17/IThMn12が0.7以下であることが望ましい。
(Relationship between the amount of oxygen and the amount of other elements)
x 1 , z 1 , α 1 , and β 1 satisfy the relationship 0≦1−x 1 −2z 1 /3−0.092α 1 −8β 1 /15≦0.05. Since the sintered body generally uses fine powder, it usually has a higher oxygen content than the raw material alloy. Therefore, even in alloys with few heterogeneous phases at the raw material alloy stage, oxygen reacts with rare earth elements in the main phase and grain boundary phase (liquid phase during sintering) during pulverization and sintering to form oxide phases. As the 1-12 phase decomposes, the bcc-(Fe, Co, Ti) phase may be generated. As a result of intensive research, the authors found out that Y contained in R1 is particularly easily oxidized and how R1 is distributed in each phase. From the value of z 1 , the amount of R1 consumed as the 1-12 phase is 2z 1 /3, and from the value of α 1 , the amount of R1 consumed as the R-Cu phase is 0.092α 1 , β 1 We describe the R1 consumed as the R-oxide phase from the values as 8β 1 /15 respectively, and the actual amount of
[希土類磁石用合金Mの組成]
本開示の希土類磁石用合金M(以下、単に「合金M」または「原料合金M」と記載する場合がある)は、全体の組成が下記の組成式(2)によって表される。
R31-x2R4x2(Fe1-y2Coy2)w2-z2Tiz2Cuα2Oβ2 (2)
[Composition of Alloy M for Rare Earth Magnet]
The overall composition of the rare earth magnet alloy M of the present disclosure (hereinafter sometimes simply referred to as “alloy M” or “raw alloy M”) is represented by the following compositional formula (2).
R3 1-x2 R4 x2 (Fe 1-y2 Co y2 ) w2-z2 Ti z2 Cu α2 O β2 (2)
ここで、R3はY又はYとGdであり、YはR3全体の50mol%以上であり、R4はSm、La、Ce、NdおよびPrからなる群から選択される少なくとも1種であり、Smを必ず含み、SmはR4全体の50mol%以上である。R3は、Yのみ(不可避的不純物は除く)であることが好ましく、R4は、Smのみ(不可避的不純物は除く)であることが好ましい。また、x2、y2、z2、w2、α2およびβ2はそれぞれ、0.3≦x2≦0.9、0≦y2≦0.4、0.38≦z2≦0.70、9.4≦w2≦12.0、0.44≦α2≦0.70およびβ2≦0.5を満足する。 Here, R3 is Y or Y and Gd, Y is 50 mol% or more of the total of R3, R4 is at least one selected from the group consisting of Sm, La, Ce, Nd and Pr, and Sm It must be included, and Sm is 50 mol % or more of the entire R4. R3 is preferably Y only (excluding unavoidable impurities), and R4 is preferably Sm only (excluding unavoidable impurities). In addition, x 2 , y 2 , z 2 , w 2 , α 2 and β 2 are 0.3≦x 2 ≦0.9, 0≦y 2 ≦0.4, 0.38≦z 2 ≦0, respectively. .70, 9.4≦w 2 ≦12.0, 0.44≦α 2 ≦0.70 and β 2 ≦0.5.
本発明者らが鋭意研究した結果、希土類磁石用合金Mを上記の式(1)に示されるような組成範囲に設定することにより、熱処理後の合金が結晶粒径数十μmの1-12相とR-Cu粒界相からなる組織になり、その後の微粉砕で1-12相が単結晶ライクな微粉末が得られることを見出した。 As a result of intensive research by the present inventors, by setting the composition range of the rare earth magnet alloy M as shown in the above formula (1), the alloy after heat treatment has a crystal grain size of 1-12 μm. It was found that a structure consisting of a phase and an R--Cu grain boundary phase was formed, and that the subsequent fine pulverization gave a fine powder in which the 1-12 phase was like a single crystal.
[合金Mの組成等の限定理由について]
(R3およびR4の種類)
R3はYまたはYとGdであり、YはR3全体の50mol%以上である。R3が別の元素のとき、1-12相以外に安定な相が生成することがある。なお、Gdは高価なため、R3はYのみである方が好ましい。また、1-12相の磁気物性値と相安定性から、R4はSm、La、Ce、NdおよびPrからなる群から選択される少なくとも1種であり、Smを必ず含み、SmはR2全体の50mol%以上である。磁気物性値の観点から、R4はSmのみであることがより好ましい。
[Reasons for limiting the composition of alloy M]
(Types of R3 and R4)
R3 is Y or Y and Gd, and Y is 50 mol % or more of the total of R3. When R3 is another element, a stable phase other than the 1-12 phase may be generated. Since Gd is expensive, it is preferable that R3 is only Y. In addition, from the magnetic property value and phase stability of the 1-12 phase, R4 is at least one selected from the group consisting of Sm, La, Ce, Nd and Pr, always contains Sm, and Sm is the total of
(R4の含有量)
R3とR4の総量に対するR4の含有量の原子数比率を示すx2(R4置換量x2)の範囲は0.3≦x2≦0.9である。x2が0.3未満であると1-12相の磁気異方性が低下するため好ましくない。また、x2が0.9より大きいと1-12相の安定性が低下し、bcc-(Fe,Co,Ti)相や2-17相が生成するおそれがあり、好ましくない。
(Content of R4)
The range of x 2 (R4 substitution amount x 2 ), which indicates the atomic number ratio of the content of R4 to the total amount of R3 and R4, is 0.3≦x 2 ≦0.9. If x2 is less than 0.3, the magnetic anisotropy of the 1-12 phase is lowered, which is not preferable. On the other hand, if x2 is larger than 0.9, the stability of the 1-12 phase is lowered, and the bcc-(Fe, Co, Ti) phase and the 2-17 phase may be generated, which is not preferable.
(FeとCoの比率)
FeとCoの合計に対するCoの原子数比率を示すy2(Co置換量y2)の範囲は0≦y2≦0.4である。1-12相のキュリー温度が低下する恐れを避けるためy2は0.05以上であることがより好ましい。また、y2が0.4より大きいと1-12相の体積磁化および磁気異方性磁界が低下するため好ましくない。
(ratio of Fe and Co)
The range of y 2 (Co substitution amount y 2 ), which indicates the atomic number ratio of Co to the sum of Fe and Co, is 0≦y 2 ≦0.4. In order to avoid the risk of lowering the Curie temperature of the 1-12 phase, y2 is more preferably 0.05 or more. Also, if y2 is larger than 0.4, the volume magnetization and magnetic anisotropic magnetic field of the 1-12 phase are lowered, which is not preferable.
(Tiの含有量)
R3とR4の総量に対するTiの含有量の原子数比率を示すz2(Ti含有量z2)の範囲は0.38≦z2≦0.70である。z2が0.38未満であると焼結中に2-17相やbcc-(Fe,Co,Ti)相が安定して生成するため好ましくない。また、z2が0.70より大きいと1-12相の磁気物性が低下するため好ましくない。より高い磁気特性、特にJsを得るためにはTi量は少ない方が好ましい。具体的には、z2の範囲が0.38≦z2≦0.60であることがさらに好ましい。なお、Tiの50mol%以下をW、V、Nb、Ta、Mo、Siといった1-12相の構造を安定化させる元素で置換してもよい。
(Content of Ti)
The range of z 2 (Ti content z 2 ) indicating the atomic number ratio of the Ti content to the total amount of R3 and R4 is 0.38≦z 2 ≦0.70. If z2 is less than 0.38, the 2-17 phase and the bcc-(Fe, Co, Ti) phase are stably generated during sintering, which is not preferable. Moreover, if z2 is larger than 0.70, the magnetic properties of the 1-12 phase are lowered, which is not preferable. In order to obtain higher magnetic properties, especially Js , the smaller the Ti content, the better. Specifically, it is more preferable that the range of z2 is 0.38≦ z2 ≦0.60. Note that 50 mol % or less of Ti may be replaced with elements such as W, V, Nb, Ta, Mo, and Si that stabilize the structure of the 1-12 phase.
(Cuの含有量)
R3とR4の総量に対するCuの含有量の原子数比率を示すα2の範囲は、0.44≦α2≦0.70である。α2が0.70より大きいと、副相であるR-Cu相の比率が高くなり、主相の比率が低下し、焼結体全体としての磁化が低下するため好ましくない。また、α2が0.44より小さいと合金熱処理時の異相低減や1-12相粒径粗大化が進行しにくくなるため好ましくない。
(Cu content)
The range of α2, which indicates the atomic number ratio of the Cu content to the total amount of R3 and R4, is 0.44≦α2≦0.70. If α2 is larger than 0.70, the ratio of the R—Cu phase, which is the secondary phase, increases, the ratio of the main phase decreases, and the magnetization of the sintered body as a whole decreases, which is not preferable. Also, if α2 is less than 0.44, the reduction of heterogeneous phases during heat treatment of the alloy and the coarsening of the 1-12 phase grain size become difficult to progress, which is not preferable.
(Fe、Co、Tiの総量)
R3とR4の総量に対するFe、Co、Tiの総量の原子数比率を示すw2の範囲は、9.4≦w2≦12.0である。w2が12.0より大きいと、bcc-(Fe、Co、Ti)相が顕著に生成するため好ましくない。またw2が9.4より小さいと、2-17相のような1-12相よりも希土類含有量が多い相が生成し、合金熱処理時に1-12相の粗大化が進行しにくくなるため好ましくない。
(Total amount of Fe, Co and Ti)
The range of w2, which indicates the atomic number ratio of the total amount of Fe, Co, and Ti to the total amount of R3 and R4, is 9.4≤w2≤12.0 . If w2 is larger than 12.0, the bcc-(Fe, Co, Ti) phase is produced significantly, which is not preferable. Also, when w2 is less than 9.4, a phase such as the 2-17 phase having a higher rare earth content than the 1-12 phase is generated, and the 1-12 phase is less likely to coarsen during the alloy heat treatment. I don't like it.
(酸素の含有量)
R3とR4の総量に対する酸素の含有量の原子数比率を示すβ2は、β2≦0.5の範囲が適切である。β2が0.5より大きいと、焼結体中の酸化物相の比率が高くなり、1-12相の比率が低下し、磁石全体としての磁化が低下するため好ましくない。
(Oxygen content)
β 2 , which indicates the atomic number ratio of the oxygen content to the total amount of R3 and R4, is suitably in the range of β 2 ≦0.5. If β2 is more than 0.5, the ratio of the oxide phase in the sintered body increases, the ratio of the 1-12 phase decreases, and the magnetization of the magnet as a whole decreases, which is not preferable.
[希土類磁石用合金Lの組成]
本開示の希土類磁石用合金L(以下、単に「合金L」または「原料合金L」と記載する場合がある)は、全体の組成が下記の組成式(3)によって表される。
R51-x3R6x3T3w3Cuα3Oβ3 (3)
[Composition of alloy L for rare earth magnet]
The overall composition of the rare earth magnet alloy L of the present disclosure (hereinafter sometimes simply referred to as “alloy L” or “raw material alloy L”) is represented by the following compositional formula (3).
R5 1-x3 R6 x3 T3 w3 Cu α3 O β3 (3)
ここで、R5はY又はYとGdであり、YはR5全体の50mol%以上であり、R6はSm、La、Ce、NdおよびPrからなる群から選択される少なくとも1種であり、Smを必ず含み、SmはR6全体の50mol%以上である。R5は、Yのみ(不可避的不純物は除く)であることが好ましく、R6は、Smのみ(不可避的不純物は除く)であることが好ましい。T3はFe,Co,Tiからなる群から選択される少なくとも1種である。また、x3、w3、α3およびはβ3それぞれ、0≦x3<0.5、0≦w3≦3、0≦α3≦2およびβ3≦0.5を満足する。 Here, R5 is Y or Y and Gd, Y is 50 mol% or more of the total of R5, R6 is at least one selected from the group consisting of Sm, La, Ce, Nd and Pr, and Sm It must be included, and Sm is 50 mol % or more of the entire R6. R5 is preferably Y only (excluding unavoidable impurities), and R6 is preferably Sm only (excluding unavoidable impurities). T3 is at least one selected from the group consisting of Fe, Co and Ti. Also, x 3 , w 3 , α 3 and β 3 satisfy 0≦x 3 <0.5, 0≦w 3 ≦3, 0≦α 3 ≦2 and β 3 ≦0.5 respectively.
[合金Lの組成等の限定理由について]
(R5およびR6の種類)
R5はYまたはYとGdであり、YはR5全体の50mol%である。なお、Gdは高価なため、R5はYのみである方が好ましい。また、焼結中は拡散により合金Lに含まれる希土類も一部1-12相形成に使われる。1-12相の磁気物性値と相安定性から、R6はSm、La、Ce、NdおよびPrからなる群から選択される少なくとも1種であり、Smを必ず含み、SmはR6全体の50mol%以上である。磁気物性値の観点から、R6はSmのみであることがより好ましい。
[Reasons for limiting the composition of alloy L]
(Types of R5 and R6)
R5 is Y or Y and Gd, and Y is 50 mol % of all R5. Since Gd is expensive, it is preferable that R5 is only Y. Also, during sintering, a portion of the rare earth elements contained in alloy L are used to form the 1-12 phase by diffusion. From the magnetic physical property value and phase stability of the 1-12 phase, R6 is at least one selected from the group consisting of Sm, La, Ce, Nd and Pr, always contains Sm, Sm is 50 mol% of the total R6 That's it. From the viewpoint of magnetic physical properties, R6 is more preferably Sm only.
(R6の含有量)
R5とR6の総量に対するR6の含有量の原子数比率を示すx3(R6置換量x3)の範囲は0≦x3<0.5である。焼結中に希土類が酸化物になる反応が進むが、その際R6よりもR5の方が優先的に酸化するため、R5の含有量の原子数比率を多くする必要がある。x3が0.5以上であると、焼結中に1-12相中の希土類の酸化が進行し、1-12相が分解してbcc-(Fe,Co,Ti)相が生成するため好ましくない。
(Content of R6)
The range of x 3 (R6 substitution amount x 3 ), which indicates the atomic number ratio of the content of R6 to the total amount of R5 and R6, is 0≦x 3 <0.5. During sintering, the reaction of the rare earth element to form an oxide proceeds. At that time, R5 is oxidized preferentially over R6, so it is necessary to increase the atomic number ratio of the content of R5. If x3 is 0.5 or more, oxidation of the rare earth element in the 1-12 phase proceeds during sintering, and the 1-12 phase is decomposed to form the bcc-(Fe, Co, Ti) phase. I don't like it.
(T3の種類と含有量)
T3は1-12相を構成する元素であるFe,Co,Tiからなる群から選択される少なくとも1種である。また、R5とR6の総量に対するT3の含有量の原子数比率を示すw3(T3含有量w3)の範囲は0≦w3≦3である。T3は合金Lの必須元素ではない。また、w3が3より大きいと合金Lの融点が高くなり、焼結中に全量液相とならず、拡散・反応が進行しにくくなるため好ましくない。なお、T3としてTiの代わりにW、V、Nb、Ta、Mo、Siといった1-12相の構造を安定化させる元素を入れてもよい。
(Type and content of T3)
T3 is at least one element selected from the group consisting of Fe, Co, and Ti, which are elements constituting the 1-12 phase. The range of w 3 (T3 content w 3 ), which indicates the atomic number ratio of the content of T3 to the total amount of R5 and R6, is 0≦w 3 ≦3. T3 is not an essential element of alloy L. Also, if w3 is larger than 3 , the melting point of the alloy L becomes high, and the entire amount does not become a liquid phase during sintering, making it difficult for diffusion and reaction to proceed, which is not preferable. As T3, an element such as W, V, Nb, Ta, Mo, and Si that stabilizes the 1-12 phase structure may be added instead of Ti.
(Cuの含有量)
R5とR6の総量に対するCuの含有量の原子数比率を示すα3の範囲は、0≦α3≦2である。Cuは合金Lの必須元素ではない。α3が2より大きいと、副相であるR-Cu相の比率が高くなり、主相の比率が低下し、焼結体全体としての磁化が低下するため好ましくない。
(Cu content)
The range of α3 , which indicates the atomic number ratio of the Cu content to the total amount of R5 and R6, is 0≦α3≦ 2 . Cu is not an essential element of Alloy L. If α3 is larger than 2 , the ratio of the R—Cu phase, which is the secondary phase, increases, the ratio of the main phase decreases, and the magnetization of the sintered body as a whole decreases, which is not preferable.
(酸素の含有量)
R5とR6の総量に対する酸素の含有量の原子数比率を示すβ3は、β3≦0.5の範囲が適切である。β3が0.5より大きいと、焼結体中の酸化物相の比率が高くなり、1-12相の比率が低下し、磁石全体としての磁化が低下するため好ましくない。
(Oxygen content)
β3 , which indicates the atomic number ratio of the oxygen content to the total amount of R5 and R6, is suitably in the range of β3 ≦0.5. If β3 is more than 0.5 , the ratio of the oxide phase in the sintered body increases, the ratio of the 1-12 phase decreases, and the magnetization of the magnet as a whole decreases, which is not preferable.
[希土類磁石用焼結体の作製方法]
<工程A>合金Mを作製する工程
希土類磁石用焼結体の原料となる合金Mの作製方法としては、金型鋳造法、遠心鋳造法、ストリップキャスト法、液体超急冷法などの公知の方法を採用できる。これらの方法は、合金の溶湯を作製した後、この溶湯を冷却して凝固させる。合金溶湯の凝固時に粗大なbcc-(Fe、Co、Ti)相や2-17相の生成を極力抑えることが望ましい。比較的冷却速度の高い、ストリップキャスト法または液体超急冷法など、回転ロール上に溶湯を供給して凝固させ、薄帯又薄片状の合金を作製する方法を採用することにより、粗大なbcc-(Fe、Co、Ti)相や2-17相の生成を抑制することができる。凝固時の冷却速度が低いと、析出する異相の粒サイズが大きくなる。合金中に含まれる異相の粒サイズが大きくなると、合金の熱処理時や焼結時に異相を消失させにくくなる。合金Mの凝固過程で生成した異相の低減、および1-12相の粗大化を目的として熱処理をおこなってもよい。合金の組成に応じて変わるが、R-Cu相融点が850~900℃である。そのため、熱処理温度は900℃以上1250℃以下が好ましく、1000℃以上1150℃以下がより好ましい。また、熱処理時間は、熱処理温度によるが、5分以上50時間以下が望ましい。時間が短すぎると、異相を消失させるのに十分な反応が起こらない。時間が長すぎると、希土類元素の蒸発および酸化が生じ、かつ操業上の効率も悪い。合金Mに存在する2-17相は極力少ないほうが好ましく、合金断面の面積比率で2-17相が10%以下であることが好ましい。2-17相が10%を超えると1-12相の粒径が細かくなるため好ましくない。さらに、粉砕工程の前に、合金を水素中で熱処理してクラックを導入させてもよい。Cuを含有している場合、合金中のR-Cu相が水素を吸収および放出することができる。本合金によれば、たとえば、250℃から400℃の温度で水素の吸収が生じ、540℃から660℃の間で水素の放出が生じる。そのため、この合金を水素中で400℃以上まで昇温して水素を吸収させた後、真空雰囲気に切り替えて十分に水素を放出させることができる。その場合、真空雰囲気に切り替える温度は700℃以下である。このように本合金に含まれる副相は、少なくとも700℃以下の温度で水素吸収と放出が起こる。なお、700℃を超える温度で水素雰囲気中に本合金をさらすと水素化-不均化反応による主相の分解が起こる可能性がある。水素の吸収と放出を行うことにより、希土類リッチ相(副相)は体積膨張と収縮を起し、主相結晶粒と副相との間にクラックが生じる。これによって、粉砕工程における粉砕効率が高まる。
[Method for producing sintered body for rare earth magnet]
<Step A> Step of Producing Alloy M As a method for producing alloy M, which is a raw material for a sintered body for a rare earth magnet, there are known methods such as die casting, centrifugal casting, strip casting, and liquid ultra-quenching. can be adopted. These methods involve making a molten alloy and then cooling and solidifying the molten alloy. It is desirable to minimize the formation of coarse bcc-(Fe, Co, Ti) phases and 2-17 phases during solidification of the molten alloy. Coarse bcc- It is possible to suppress the generation of (Fe, Co, Ti) phases and 2-17 phases. When the cooling rate during solidification is low, the grain size of the precipitated heterogeneous phase becomes large. When the grain size of the hetero-phase contained in the alloy becomes large, it becomes difficult to eliminate the hetero-phase during heat treatment or sintering of the alloy. Heat treatment may be performed for the purpose of reducing heterogeneous phases generated during the solidification process of alloy M and coarsening the 1-12 phase. Depending on the composition of the alloy, the R—Cu phase melting point is 850-900°C. Therefore, the heat treatment temperature is preferably 900° C. or higher and 1250° C. or lower, more preferably 1000° C. or higher and 1150° C. or lower. Moreover, although the heat treatment time depends on the heat treatment temperature, it is desirable that the heat treatment time is 5 minutes or more and 50 hours or less. If the time is too short, there will not be enough reaction to eliminate the heterophases. If the time is too long, evaporation and oxidation of the rare earth elements will occur, and the operational efficiency will be poor. It is preferable that the 2-17 phase present in the alloy M is as small as possible, and the 2-17 phase is preferably 10% or less in terms of area ratio of the cross section of the alloy. If the 2-17 phase exceeds 10%, the grain size of the 1-12 phase becomes fine, which is not preferable. Additionally, prior to the grinding step, the alloy may be heat treated in hydrogen to introduce cracks. When containing Cu, the R—Cu phase in the alloy can absorb and release hydrogen. With this alloy, for example, hydrogen absorption occurs at temperatures between 250°C and 400°C, and hydrogen release occurs between 540°C and 660°C. Therefore, after the alloy is heated to 400° C. or higher in hydrogen to absorb hydrogen, the atmosphere can be switched to a vacuum atmosphere to sufficiently release hydrogen. In that case, the temperature for switching to the vacuum atmosphere is 700° C. or less. Thus, the subphase contained in the present alloy undergoes hydrogen absorption and desorption at a temperature of at least 700° C. or less. If the alloy is exposed to a hydrogen atmosphere at a temperature above 700° C., decomposition of the main phase may occur due to a hydrogenation-disproportionation reaction. By absorbing and releasing hydrogen, the rare earth-rich phase (subphase) expands and contracts in volume, and cracks occur between the main phase grains and the subphase. This increases the pulverization efficiency in the pulverization process.
<工程B>合金Lを作製する工程
希土類磁石用焼結体の原料となる合金Lの作製方法としては、金型鋳造法、遠心鋳造法、ストリップキャスト法、液体超急冷法、アトマイズ法などの公知の方法を採用できる。これらの方法は、合金の溶湯を作製した後、この溶湯を冷却して凝固させる。合金は全体にわたって組成が均一になるよう、凝固時に偏析が起こらないようにすることが望ましい。比較的冷却速度の高い、ストリップキャスト法または液体超急冷法など、回転ロール上に溶湯を供給して凝固させ、薄帯又薄片状の合金を作製する方法や、アトマイズ法のように細かい粒子として凝固させる方法を採用することにより、凝固時の偏析を抑制することができる。また、得られた合金Lに対して組織均一化のための熱処理や、水素吸蔵・放出によるクラック導入・合金脆化をおこなってもよい。
<Step B> Step of Producing Alloy L Methods for producing alloy L, which is the raw material of the sintered body for rare earth magnets, include die casting, centrifugal casting, strip casting, liquid ultra-quenching, and atomizing. A known method can be adopted. These methods involve making a molten alloy and then cooling and solidifying the molten alloy. It is desirable to prevent segregation during solidification so that the alloy has a uniform composition throughout. A method with relatively high cooling speed, such as strip casting method or liquid ultra-quenching method, in which molten metal is supplied onto a rotating roll and solidified to produce an alloy in the form of thin strips or flakes, or fine particles such as atomization method. Segregation during solidification can be suppressed by adopting a solidification method. Further, the obtained alloy L may be subjected to heat treatment for homogenizing the structure, or to introduction of cracks and embrittlement of the alloy by hydrogen absorption/desorption.
<工程C>合金Mと合金Lの混合微粉を得る工程
工程Aで得られた合金Mと工程Bで得られた合金Lを粉砕・混合して混合微粉を得る。なお、合金Lをアトマイズ法のように微粒子となるように作製した場合、必ずしも合金Lを粉砕する必要はない。粉砕と混合の順番はどちらを先におこなってもよく。合金段階で混合したのちに微粉砕をおこなって混合微粉を得てもよいし、合金Mと合金Lをそれぞれ微粉砕したのちに混合して混合微粉を得てもよい。混合の際の混合比は、合金Lの混合比率が重量%で1.5%以上10%以下となるようにする。合金Lの混合比率が1.5%未満であると、合金Lの効果が十分得られず、焼結中にbcc-(Fe,Co,Ti)相が多量生成することがある。また、合金Lの混合比率が10%より高いと、焼結体中の1-12相比率の低下により磁気特性が低下するため好ましくない。また、合金の粉砕方法としては、ジェットミルやスタンプミル、ボールミルなどの公知の方法を採用できる。粉末の酸化の抑制、および発火や爆発の危険性の低減のために、窒素やアルゴン、ヘリウムといった不活性ガス中で粉砕をおこなう。粉砕後の微粉のハンドリング性の向上のために不活性ガスに少量の空気や酸素を混合してもよい。粉末のハンドリングや成形性を考慮して、混合微粉の粒度は、気流分散法によるレーザー回折法で得られたD50(頻度の累積が50%になるときの粒子の体積基準メジアン径)が1μm以上20μm以下となるようにすることが好ましい。D50が1μm未満であると、発火の危険性が高くなったり、成形時に金型を傷めたりするため好ましくない。また、D50が20μmより大きいと焼結工程において緻密化が進行しにくくなるため好ましくない。
<Step C> Step of Obtaining Mixed Fine Powder of Alloy M and Alloy L The alloy M obtained in the step A and the alloy L obtained in the step B are pulverized and mixed to obtain a mixed fine powder. In addition, when the alloy L is produced as fine particles by the atomization method, the alloy L does not necessarily need to be pulverized. The order of pulverization and mixing can be either first. The mixed fine powder may be obtained by fine pulverization after mixing at the alloying stage, or the mixed fine powder may be obtained by finely pulverizing the alloy M and the alloy L and then mixing them. The mixing ratio at the time of mixing is such that the mixing ratio of alloy L is 1.5% or more and 10% or less by weight. If the mixing ratio of alloy L is less than 1.5%, the effect of alloy L may not be sufficiently obtained, and a large amount of bcc-(Fe, Co, Ti) phase may be generated during sintering. Moreover, if the mixing ratio of the alloy L is higher than 10%, the 1-12 phase ratio in the sintered body is lowered, resulting in deterioration of the magnetic properties, which is not preferable. Also, as a method for pulverizing the alloy, a known method such as a jet mill, stamp mill, or ball mill can be adopted. Grinding is performed in an inert gas such as nitrogen, argon, or helium to suppress oxidation of the powder and reduce the risk of ignition or explosion. A small amount of air or oxygen may be mixed with the inert gas in order to improve the handleability of the fine powder after pulverization. Considering the handling and moldability of the powder, the particle size of the mixed fine powder is such that the D50 (volume-based median diameter of the particles when the cumulative frequency is 50%) obtained by the laser diffraction method by the air dispersion method is 1 μm or more. It is preferable to make it 20 μm or less. If D50 is less than 1 μm, the risk of ignition increases and the mold is damaged during molding, which is not preferable. Further, when D50 is larger than 20 μm, densification is difficult to proceed in the sintering process, which is not preferable.
<工程D>圧粉体を作製する工程
工程Dで得られた混合微粉を成形し、圧粉体を得る。結晶を配向させるために成形時に磁界を印加しながら成形してもよい。
<Step D> Step of Producing Green Compact The mixed fine powder obtained in Step D is molded to obtain a green compact. In order to orient the crystals, molding may be performed while applying a magnetic field during molding.
<工程E>焼結工程
工程Eで得られた圧粉体を熱処理することで焼結体を得る。焼結方法として、真空や不活性ガス雰囲気で高温に保持して固相焼結や液相焼結を進行させる方法や、ホットプレスや熱間等方加圧(HIP)法などのような圧粉体に圧力を付与しながら高温に保持する方法を含む公知の方法を採用することができる。なお、焼結時の雰囲気による酸化を防止するために、焼結は真空雰囲気中やアルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス中でおこなうことが好ましい。さらに、高温では特にSmが顕著に蒸発するため、圧粉体を覆う、密閉する、Smを含む物質とともに密閉するなどの方法で、Smの蒸発を抑制することがより好ましい。焼結処理温度は900℃以上1250℃以下である。焼結処理温度が900℃未満であると液相が十分生成しないため緻密化しにくい。また、焼結処理温度が1250℃超であると1-12相が分解するおそれがある。焼結処理温度は1000℃以上1150℃以下がより好ましい。焼結処理時間は、5分以上50時間以下である。焼結処理時間が5分未満であると緻密化が十分進行しないおそれがある。また、焼結処理時間が50時間超であると、リードタイムが長くなり操業上好ましくない。加圧焼結する際の圧力は1000MPa以下が望ましい。また、焼結工程ののちに、磁気特性の向上などを目的とした熱処理や拡散処理を追加でおこなってもよい。
<Step E> Sintering Step A sintered body is obtained by heat-treating the green compact obtained in Step E. As a sintering method, a method in which solid phase sintering or liquid phase sintering proceeds by holding at a high temperature in a vacuum or an inert gas atmosphere, or a pressure method such as hot pressing or hot isostatic pressing (HIP). A known method including a method of holding the powder at a high temperature while applying pressure can be employed. In order to prevent oxidation due to the atmosphere during sintering, sintering is preferably performed in a vacuum atmosphere or in an inert gas such as argon or helium. Furthermore, since Sm evaporates particularly significantly at high temperatures, it is more preferable to suppress the evaporation of Sm by a method such as covering the powder compact, sealing it, or sealing it with a substance containing Sm. The sintering temperature is 900° C. or higher and 1250° C. or lower. If the sintering temperature is less than 900° C., the liquid phase will not be sufficiently formed, making it difficult to densify. Also, if the sintering temperature exceeds 1250° C., the 1-12 phase may decompose. The sintering temperature is more preferably 1000° C. or higher and 1150° C. or lower. The sintering treatment time is 5 minutes or more and 50 hours or less. If the sintering treatment time is less than 5 minutes, the densification may not proceed sufficiently. Moreover, if the sintering treatment time exceeds 50 hours, the lead time becomes long, which is not preferable in terms of operation. The pressure during pressure sintering is desirably 1000 MPa or less. Further, after the sintering process, heat treatment or diffusion treatment may be additionally performed for the purpose of improving magnetic properties.
焼結体の最終組成を組成式(1)になるようにするだけであれば、合金Mと合金Lの2種類を使用しなくても、1種類の合金からのみで作製可能である。しかし、1種類の合金で焼結体の最終組成が組成式(1)になるような合金組成にすると、合金段階で2-17相のような1-12相よりもRリッチな相が多量生成してしまう。その場合、1-12相の比率が低くなり、かつ微粉砕のサイズに対して十分粗大な1-12相が得られないため、磁界中で成形する場合に十分に配向しない。そのため、磁界中で十分配向するようにするためには、合金Mと合金Lを分けて作製して途中で混合する必要がある。 As long as the final composition of the sintered body is set to the composition formula (1), the sintered body can be produced from only one type of alloy without using two types of alloys M and L. However, if the alloy composition is such that the final composition of the sintered body is the composition formula (1) with one type of alloy, the R-rich phase such as the 2-17 phase is larger than the 1-12 phase at the alloying stage. generate it. In that case, the ratio of the 1-12 phase is low, and the 1-12 phase is not sufficiently coarse with respect to the pulverization size, so that it is not sufficiently oriented when compacted in a magnetic field. Therefore, in order to ensure sufficient orientation in the magnetic field, alloy M and alloy L must be produced separately and mixed in the middle.
<実験例>
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
<Experimental example>
Examples of the present invention will be specifically described below, but the present invention is not limited to these examples.
(合金Mを作製する工程)
まず、原料合金Mをストリップキャスト法で作製した。純度が99.9%以上のY、Sm、Fe、Co、Ti、Cuの原料金属を、溶解時の希土類元素の蒸発を加味し、得られる合金組成が最終的に表1に示す組成となるようにねらい値を決定し秤量した。秤量した各金属を混合してシリカ坩堝に投入し、高周波誘導加熱により1500℃まで昇温して原料を溶解した。その後、溶湯を1450℃まで降温させ、タンディッシュで一時的に貯湯した後、周速度1.5m/sで回転している銅製の冷却ロール上に供給して冷却させた。冷却された合金は冷却ロール下部に設置した解砕機で解砕された。
(Step of producing alloy M)
First, a raw material alloy M was produced by a strip casting method. Y, Sm, Fe, Co, Ti, and Cu with a purity of 99.9% or more are used as raw material metals, and the evaporation of rare earth elements during melting is taken into account, and the final alloy composition obtained is the composition shown in Table 1. The target value was determined and weighed as follows. The weighed metals were mixed and charged into a silica crucible, and heated to 1500° C. by high-frequency induction heating to melt the raw materials. Thereafter, the molten metal was cooled to 1450° C., temporarily stored in a tundish, and then fed onto a cooling roll made of copper rotating at a peripheral speed of 1.5 m/s for cooling. The cooled alloy was pulverized by a pulverizer installed below the cooling rolls.
作製した原料合金Mの一部を乳鉢を用いてAr流気チャンバー内で粉砕し、425μmメッシュおよび75μmメッシュを用いて分級した。粒径75~425μmの粉砕粉を用いて、ICP(誘導結合プラズマ)発光分光分析法にてY・Sm・Fe・Co・Ti・Cuの成分分析をおこなった。また、粒径425μm以上の粉砕粉を用いて、不活性ガス溶融・熱伝導法にて酸素量の分析をおこなった。 A part of the raw material alloy M produced was pulverized in an Ar flow chamber using a mortar and classified using a 425 μm mesh and a 75 μm mesh. Using pulverized powder with a particle size of 75 to 425 μm, component analysis of Y, Sm, Fe, Co, Ti, and Cu was performed by ICP (inductively coupled plasma) emission spectrometry. In addition, using pulverized powder having a particle size of 425 μm or more, the oxygen content was analyzed by the inert gas fusion/heat conduction method.
作製した原料合金Mを、それぞれ500g秤量してモリブデン製の容器に入れ、容器を管状熱処理炉の内部に挿入した。炉内をArで置換したのち、Arを2L/分流気させた雰囲気で1100℃、1.5時間の熱処理をおこなった。熱処理終了後は熱処理炉を開放して合金を冷却させた。このとき、1100℃から100℃までの平均冷却速度は10℃/分以上であった。 500 g of each of the raw material alloys M thus prepared was weighed and placed in a molybdenum container, and the container was inserted into a tubular heat treatment furnace. After replacing the atmosphere in the furnace with Ar, heat treatment was performed at 1100° C. for 1.5 hours in an atmosphere in which 2 L/min of Ar was allowed to flow. After the heat treatment was completed, the heat treatment furnace was opened to cool the alloy. At this time, the average cooling rate from 1100°C to 100°C was 10°C/min or more.
上記工程で得た熱処理後合金Mを樹脂に埋め、研磨し、合金断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。SEMは日本電子(株)製JCM-6000Plus NeoScope(登録商標)を用い、加速電圧15kVでBSE像を撮影した。SEM用画像解析ソフトScandium 5.2を使用して、撮影した画像のうち230μm×150μmの領域のBSE像から各相の面積比率を算出し、各合金について2視野の平均値を計算した。 The heat-treated alloy M obtained in the above steps was embedded in a resin, polished, and the cross section of the alloy was observed with a scanning electron microscope (SEM). A JCM-6000Plus NeoScope (registered trademark) manufactured by JEOL Ltd. was used as the SEM, and BSE images were taken at an acceleration voltage of 15 kV. Using SEM image analysis software Scandium 5.2, the area ratio of each phase was calculated from the BSE image of a region of 230 μm×150 μm in the photographed image, and the average value of 2 fields of view was calculated for each alloy.
合金M1~M8の組成、x2、y2、z2、w2、α2、β2の値、および熱処理後合金の2-17相の面積比率を表1に示す。組成式(2)を満たしている合金には○を、満たしていない合金には×を記した。 Table 1 shows the compositions of alloys M1 to M8, the values of x 2 , y 2 , z 2 , w 2 , α 2 , β 2 and the area ratio of 2-17 phase in the alloys after heat treatment. Alloys that satisfy the compositional formula (2) are marked with ◯, and alloys that do not satisfy the formula (2) are marked with x.
熱処理後の合金M1~M8の断面BSE像を図1に示す。M1~M3の合金は熱処理後の2-17相比率が低く、1-12相の粒径も概ね10μmを超えた粗大な組織となった。対してM4~M8の合金は熱処理後も2-17相が10%以上存在するため1-12相比率が低く、1-12相の粒径も細かい組織となった。 Cross-sectional BSE images of alloys M1 to M8 after heat treatment are shown in FIG. The alloys of M1 to M3 had a low 2-17 phase ratio after heat treatment, and the grain size of the 1-12 phase generally exceeded 10 μm, resulting in a coarse structure. On the other hand, in the alloys M4 to M8, the 2-17 phase was present at 10% or more even after the heat treatment, so the 1-12 phase ratio was low and the grain size of the 1-12 phase was fine.
(合金Lを作製する工程)
次に、原料合金Lを作製した。原料合金No.L1に関しては、純度が99.9%以上のY、Smの原料金属を、溶解時の希土類元素の蒸発を加味し、得られる合金組成が最終的に表2に示す組成となるようにねらい値を決定し秤量した。秤量した各金属を混合して石英管に投入し、高周波誘導加熱により昇温して原料を溶解した。その後、石英管内で冷却して原料合金を得た。得られた原料合金L1をAr流気雰囲気のグローブボックス内で切削し、切り粉を回収した。得られた切り粉を乳鉢で粉砕し、粉砕粉を425μmメッシュおよび75μmメッシュで篩い分け、75μmメッシュを通った粉を混合用に回収した。また、原料合金No.L2に関しては、純度が99.9%以上のY、Sm、Cuの原料金属を、溶解時の希土類元素の蒸発を加味し、得られる合金組成がねらい値になるように秤量した。秤量した各金属を混合して石英管に投入し、高周波誘導加熱により昇温して原料を溶解した。その後、周速度20m/sで回転している銅製の冷却ロール上に出湯させることで冷却させて急冷合金を作製した。得られた原料合金L2をAr流気雰囲気のグローブボックス内で乳鉢を用いて粉砕し、粉砕粉を425μmメッシュおよび75μmメッシュで篩い分け、75μmメッシュを通った粉を混合用に回収した。原料合金Lの粉砕粉のうち、粒径75~425μmの粉砕粉を用いてICP(誘導結合プラズマ)発光分光分析法にてY・Sm・Cuの成分分析をおこなった。また、粒径425μm以上の粉砕粉を用いて、不活性ガス溶融・熱伝導法にて酸素量の分析をおこなった。合金L1およびL2の組成、x3、w3、α3およびβ3の値を表2に示す。合金L1およびL2はいずれも組成式(3)を満たしていた。
(Step of producing alloy L)
Next, a raw material alloy L was produced. Raw material alloy no. Regarding L1, the target value is such that the final alloy composition obtained by taking into consideration the evaporation of rare earth elements during melting of raw metals of Y and Sm with a purity of 99.9% or more is as shown in Table 2. was determined and weighed. The weighed metals were mixed and put into a quartz tube, and the temperature was raised by high-frequency induction heating to melt the raw material. After that, it was cooled in a quartz tube to obtain a raw material alloy. The raw material alloy L1 thus obtained was cut in a glove box in an Ar stream atmosphere, and shavings were collected. The resulting shavings were pulverized in a mortar, the pulverized powder was sieved through 425 μm mesh and 75 μm mesh, and the powder that passed through the 75 μm mesh was collected for mixing. Moreover, raw material alloy No. For L2, Y, Sm, and Cu raw material metals with a purity of 99.9% or more were weighed so that the resulting alloy composition would be the target value, taking into consideration the evaporation of rare earth elements during melting. The weighed metals were mixed and put into a quartz tube, and the temperature was raised by high-frequency induction heating to melt the raw material. After that, the molten metal was tapped on a cooling roll made of copper rotating at a peripheral speed of 20 m/s and cooled to prepare a quenched alloy. The obtained raw material alloy L2 was pulverized using a mortar in a glove box in an Ar atmosphere, the pulverized powder was sieved with a 425 μm mesh and a 75 μm mesh, and the powder that passed through the 75 μm mesh was recovered for mixing. Of the pulverized powder of the raw material alloy L, pulverized powder having a particle size of 75 to 425 μm was used to analyze the components of Y, Sm, and Cu by ICP (inductively coupled plasma) emission spectrometry. In addition, using pulverized powder having a particle size of 425 μm or more, the oxygen content was analyzed by the inert gas fusion/heat conduction method. The compositions of alloys L1 and L2 and the values of x 3 , w 3 , α 3 and β 3 are shown in Table 2. Both alloys L1 and L2 satisfied composition formula (3).
(合金Mと合金Lの混合微粉を得る工程)
熱処理後合金Mを、Ar流気雰囲気のグローブボックス内で乳鉢を用いて粉砕した。粉砕粉を1mmメッシュで篩い分け、メッシュを通った粉を回収した。回収した粉砕粉にステアリン酸亜鉛を加え、ロッキングミキサーで15分間混合した。このとき、粉砕粉とステアリン酸亜鉛の重量比が100:0.035になるようにステアリン酸亜鉛を添加した。熱処理後合金Mの粉砕粉を日本ニューマチック工業(株)製の気流式ジェットミルPJM-100を用いて微粉砕して微粉を得た。粉砕ガスには窒素ガスを用い、粉砕圧7.5MPaで粉砕した。上記原料合金Mの微粉と、原料合金Lの粉砕粉のうち75μmメッシュを通った粉を混合した。混合は窒素流気雰囲気のグローブボックス内でおこない、表3に示す混合比でミルサーを使用して混合した。また、混合微粉の粒度を気流分散法によるレーザー回折法で測定し、いずれの混合微粉もD50が5μm以上6μm以下の範囲であった。
(Step of obtaining mixed fine powder of alloy M and alloy L)
After the heat treatment, the alloy M was pulverized using a mortar in a glove box in an Ar atmosphere. The pulverized powder was sieved through a 1 mm mesh, and the powder that passed through the mesh was recovered. Zinc stearate was added to the collected pulverized powder and mixed with a rocking mixer for 15 minutes. At this time, zinc stearate was added so that the weight ratio of ground powder and zinc stearate was 100:0.035. After the heat treatment, the pulverized powder of the alloy M was pulverized using an air jet mill PJM-100 manufactured by Nippon Pneumatic Industry Co., Ltd. to obtain a fine powder. Nitrogen gas was used as the pulverizing gas, and pulverization was performed at a pulverizing pressure of 7.5 MPa. The fine powder of the raw material alloy M and the pulverized powder of the raw material alloy L which passed through a 75 μm mesh were mixed. Mixing was performed in a glove box with a nitrogen stream atmosphere, and the mixing ratios shown in Table 3 were mixed using a miller. Further, the particle size of the mixed fine powder was measured by a laser diffraction method based on an air dispersion method, and D50 of all the mixed fine powders was in the range of 5 µm or more and 6 µm or less.
(圧粉体を作製する工程)
上記工程で得た混合微粉を、窒素流気雰囲気のグローブボックス内で成形した。成形にはハンドプレスを用い、直径16mm、高さ20mmの円柱形の圧粉体を作製した。成形後、鉄カプセルに圧粉体を充填した。鉄カプセルの材質はS20Cで、内側の直径が16mm、高さが20mmで、厚さは2mmのものを使用した。
(Step of producing green compact)
The mixed fine powder obtained in the above step was molded in a glove box in a nitrogen stream atmosphere. A hand press was used for molding, and a cylindrical powder compact with a diameter of 16 mm and a height of 20 mm was produced. After molding, iron capsules were filled with green compacts. The material of the iron capsule was S20C, and the inner diameter was 16 mm, the height was 20 mm, and the thickness was 2 mm.
(焼結工程)
圧粉体が充填された鉄カプセルに、真空中で電子ビーム溶接をおこない、カプセルの容器と蓋を溶接することで封止した。封止された試料にHIP処理をおこなった。圧媒ガスにはアルゴンを用い、ガス圧180MPaで処理した。温度は1100℃で、保持時間を3時間とした。
(Sintering process)
Electron beam welding was performed in a vacuum on the iron capsule filled with the powder compact, and the capsule container and the lid were welded together to seal the capsule. A HIP treatment was performed on the sealed sample. Argon was used as a pressure medium gas, and the treatment was performed at a gas pressure of 180 MPa. The temperature was 1100° C. and the holding time was 3 hours.
上記工程で得られた試料を外周刃切断機で切断し、カプセル中にあるHIP体を取り出した。HIP体の一部を乳鉢で粉砕し、425μmメッシュおよび75μmメッシュを用いて分級した。 The sample obtained in the above step was cut with a peripheral blade cutting machine, and the HIP body in the capsule was taken out. A portion of the HIP body was pulverized in a mortar and classified using 425 μm mesh and 75 μm mesh.
粒径75~425μmの粉砕粉を用いて、ICP発光分光分析法にてY・Zr・Sm・Fe・Co・Ti・Cuの成分分析を、燃焼・赤外線吸収法にて炭素量の分析をおこなった。粒径425μm以上の粉砕粉を用いて、不活性ガス溶融・熱伝導法にて酸素量・窒素量の分析をおこなった。また、粒径75~425μmの粉砕粉を用いて、燃焼・赤外線吸収法にて炭素量の分析をおこなった。分析結果から、各焼結体のx1、y1、z1、w1、α1、β1、および1-x1-2z1/3-0.092α1-8β1/15の値を求めた。 Using pulverized powder with a particle size of 75 to 425 μm, the components of Y, Zr, Sm, Fe, Co, Ti, and Cu are analyzed by ICP emission spectrometry, and the carbon content is analyzed by combustion and infrared absorption. rice field. Using pulverized powder with a particle size of 425 μm or more, the oxygen content and nitrogen content were analyzed by the inert gas fusion/heat conduction method. Also, using pulverized powder with a particle size of 75 to 425 μm, the carbon content was analyzed by the combustion/infrared absorption method. From the analysis results, the values of x 1 , y 1 , z 1 , w 1 , α 1 , β 1 and 1-x 1 -2z 1 /3-0.092α 1 -8β 1 /15 of each sintered body are asked.
粒径75μm未満の粉砕粉を用いて粉末X線回折をおこなった。装置はブラッグ-ブレンターノ集中ビーム方式の広角X線回折装置(X-ray diffractiometer、XRD、ブルカー・エイエックス(株)製D8 ADVANCED/TXS)を使用した。X線発生源としてCu製回転対陰極を用い、印加する電圧は45kV、電流は360mAとし、KβフィルタはNiを使用した。走査軸を2θ/θ連動動作で間隔を0.04°、速度を0.6s/stepとし、20°≦2θ≦80°の範囲を室温において走査した。X線の強度プロファイルから、1-12相の002反射に起因するピークの最大強度をIThMn12、bcc‐(Fe,Co,Ti)相の011反射に起因するピーク最大強度をIα‐(Fe,Co,Ti)、2-17相の023反射に起因するピークの最大強度をITh2Ni17とし、bcc-(Fe,Co,Ti)相の相対的なX線強度Ibcc‐(Fe,Co,Ti)/IThMn12と、2-17相の相対的なX線強度ITh2Ni17/IThMn12をそれぞれ求めた。 Powder X-ray diffraction was performed using pulverized powder having a particle size of less than 75 μm. As an apparatus, a Bragg-Brentano concentrated beam type wide-angle X-ray diffractometer (X-ray diffractiometer, XRD, D8 ADVANCED/TXS manufactured by Bruker AX Co., Ltd.) was used. A Cu rotating anticathode was used as the X-ray source, the applied voltage was 45 kV, the current was 360 mA, and the Kβ filter was Ni. The scanning axis was interlocked with 2θ/θ, the interval was 0.04°, the speed was 0.6 s/step, and the range of 20°≦2θ≦80° was scanned at room temperature. From the X-ray intensity profile, the maximum intensity of the peak due to the 002 reflection of the 1-12 phase is I ThMn12 , and the maximum intensity of the peak due to the 011 reflection of the bcc-(Fe, Co, Ti) phase is I α-(Fe , Co, Ti) , the maximum intensity of the peak due to the 023 reflection of the 2-17 phase is I Th2Ni17 , and the relative X-ray intensity of the bcc-(Fe, Co, Ti) phase is I bcc- (Fe, Co, Ti). Ti) 2 /I ThMn12 and the relative X-ray intensity I Th2Ni17 /I ThMn12 of the 2-17 phase were determined respectively.
切断したHIP体を樹脂に埋め、研磨し、HIP体断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、EDXによる局所的な組成分析をおこなった。SEMは日本電子(株)製JCM-6000Plus NeoScope(登録商標)を用い、加速電圧15kVでBSE像の取得、EDX分析をおこなった。 The cut HIP body was embedded in resin, polished, and the cross section of the HIP body was observed with a scanning electron microscope (SEM), and a local composition analysis was performed by EDX. A JCM-6000Plus NeoScope (registered trademark) manufactured by JEOL Ltd. was used as the SEM, and a BSE image was obtained at an accelerating voltage of 15 kV and EDX analysis was performed.
作製した各HIP体の組成と、使用した合金MおよびLの種類、および合金Lの混合比を表3に、x1、y1、z1、w1、α1、β1、1-x1-2z1/3-0.092α1-8β1/15の値、Ibcc‐(Fe,Co,Ti)/IThMn12およびITh2Ni17/IThMn12の値、および焼結体、用いた合金M、合金Lがそれぞれ組成式(1)、(2)および(3)を満たすかを整理した表を表4に示す。 The composition of each HIP body produced, the types of alloys M and L used, and the mixing ratio of alloy L are shown in Table 3 . 1 −2z 1 /3−0.092α 1 −8β 1 /15, the values of I bcc-(Fe,Co,Ti) /I ThMn12 and I Th2Ni17 /I ThMn12 , and the sintered body, the alloy M used , and alloy L satisfy the compositional formulas (1), (2) and (3) respectively.
No.1~4は合金MをM1、合金LをL1にそれぞれ固定したときのL1の混合比を変えた実験例である。No.1~4の試料の粉末XRDパターンを図2に示す。また、No.1~11の試料の粉末XRDパターンから求めた、Ibcc‐(Fe,Co,Ti)/IThMn12およびITh2Ni17/IThMn12の値と1-x1-2z1/3-0.092α1-8β1/15の値の関係を図3および図4に示す。合金M1は合金熱処理後に2-17相比率が低く、十分1-12相が粗大に成長している。L1を混合していないNo.1やL1を1.1%混合したNo.2は多量のbcc-(Fe,Co,Ti)相が存在し、Ibcc‐(Fe,Co,Ti)/IThMn12の値が高い結果となった。1-x1-2z1/3-0.092α1-8β1/15の値が0以上0.05以下の範囲にあるNo.3の試料は、bcc-(Fe,Co,Ti)相および2-17相の生成が抑制されたため、Ibcc‐(Fe,Co,Ti)/IThMn12およびITh2Ni17/IThMn12の値は低い結果となった。1-x1-2z1/3-0.092α1-8β1/15の値が0.05より大きいNo.4の試料には、多量の2-17相が存在し、ITh2Ni17/IThMn12の値が高い結果となった。以上、No.3は、合金熱処理後に2-17相比率が低く、十分1-12相が粗大に成長していて異方化に適しており、かつ、焼結体もbcc-(Fe,Co,Ti)相や2-17相比率が低い結果となった。
No. 1 to 4 are experimental examples in which the mixing ratio of L1 was changed when alloy M was fixed to M1 and alloy L was fixed to L1. No. The powder XRD patterns of samples 1-4 are shown in FIG. Also, No. Values of I bcc-(Fe, Co, Ti) /I ThMn12 and I Th2Ni17 /I ThMn12 and 1-x 1 -2z 1 /3-0.092α 1 - determined from the powder XRD patterns of
No.5~7は合金MをM2~M4、合金LをL2にし、L2の混合比を変えることで、No.2~4と同等組成をねらった実験例である。合金M2とM3は合金熱処理後に2-17相比率が低く、十分1-12相が粗大に成長しているが、合金M4は1-12相が微粉サイズに対して細かく、2-17相も多く存在する結果となった。No.2と同等組成をねらったNo.5はNo.2と同様に多量のbcc-(Fe,Co,Ti)相が存在し、Ibcc‐(Fe,Co,Ti)/IThMn12の値が高い結果となった。No.3と同等組成をねらったNo.6はNo.3と同様に、bcc-(Fe,Co,Ti)相および2-17相の生成が抑制されたため、Ibcc‐(Fe,Co,Ti)/IThMn12およびITh2Ni17/IThMn12の値は低い結果となった。No.4と同等組成をねらったNo.7はNo.4と同様に多量の2-17相が存在し、ITh2Ni17/IThMn12の値が高い結果となった。以上、No.6は、合金熱処理後に2-17相比率が低く、十分1-12相が粗大に成長していて異方化に適しており、かつ、焼結体もbcc-(Fe,Co,Ti)相や2-17相比率が低い結果となった。 No. No. 5 to No. 7 are obtained by changing alloy M to M2 to M4, alloy L to L2, and changing the mixing ratio of L2. This is an experimental example aiming at a composition equivalent to that of Nos. 2 to 4. Alloys M2 and M3 have a low 2-17 phase ratio after the alloy heat treatment, and the 1-12 phase grows sufficiently coarsely. As a result, there are many. No. No. 2 aimed at the same composition as No. 2. 5 is No. Similar to 2, a large amount of bcc-(Fe, Co, Ti) phase was present, resulting in a high value of I bcc-(Fe, Co, Ti) /I ThMn12 . No. No. 3 aimed at the same composition as No. 3. 6 is No. Similar to 3, the values of Ibcc- (Fe,Co,Ti) /I ThMn12 and I Th2Ni17 /I ThMn12 are low because the formation of bcc-(Fe,Co,Ti) and 2-17 phases was suppressed. result. No. No. 4 aimed at the same composition as No. 4. 7 is No. Similar to 4, a large amount of 2-17 phase was present, resulting in a high value of I Th2Ni17 /I ThMn12 . Above, No. 6 has a low 2-17 phase ratio after the alloy heat treatment, the 1-12 phase is sufficiently grown coarsely and is suitable for anisotropy, and the sintered body also has a bcc-(Fe, Co, Ti) phase. and the 2-17 phase ratio was low.
No.8~11は合金MをM5~M8にし、合金Lを混合せず、焼結体のY量およびSm量を変えた試料である。合金M5~M8はいずれも合金熱処理後1-12相が微粉サイズに対して細かく、2-17相が多く存在する結果となった。1-x1-2z1/3-0.092α1-8β1/15の値が0より小さいNo.8の試料は多量のbcc-(Fe,Co,Ti)相が存在し、Ibcc‐(Fe,Co,Ti)/IThMn12の値が高い結果となった。1-x3-2z3/3-0.092α3-8β3/15の値が0以上0.05以下の範囲にあるNo.9、10の試料は、bcc-(Fe,Co,Ti)相および2-17相の生成が抑制されたため、Ibcc‐(Fe,Co,Ti)/IThMn12およびITh2Ni17/IThMn12の値は低い結果となった。1-x1-2z1/3-0.092α1-8β1/15の値が0.05より大きいNo.11の試料には、多量の2-17相が存在し、ITh2Ni17/IThMn12の値が高い結果となった。以上、混合をおこなわなかった場合は、合金熱処理後に2-17相比率が低く、十分1-12相が粗大に成長していて異方化に適している組織であることと、焼結体のbcc-(Fe,Co,Ti)相や2-17相比率が低いことを両立することができなかった。 No. 8 to 11 are samples in which the alloy M is changed to M5 to M8, the alloy L is not mixed, and the Y amount and Sm amount of the sintered body are changed. In all of the alloys M5 to M8, the 1-12 phase was finer than the fine powder size after the alloy heat treatment, and the 2-17 phase was abundant. No. 1-x 1 -2z 1 /3-0.092α 1 -8β 1 /15 is smaller than zero. Sample No. 8 contained a large amount of bcc-(Fe, Co, Ti) phase and resulted in a high value of I bcc-(Fe, Co, Ti) /I ThMn12 . No. 1-x 3 -2z 3 /3-0.092α 3 -8β 3 /15 in the range of 0 to 0.05. In samples 9 and 10, the formation of the bcc-(Fe, Co, Ti) phase and the 2-17 phase was suppressed, so the values of I bcc-(Fe, Co, Ti) /I ThMn12 and I Th2Ni17 /I ThMn12 gave a low result. No. 1-x 1 -2z 1 /3-0.092 α 1 -8β 1 /15 value is greater than 0.05. In 11 samples, a large amount of 2-17 phase was present, resulting in high values of I Th2Ni17 /I ThMn12 . As described above, when no mixing was performed, the 2-17 phase ratio was low after the alloy heat treatment, and the 1-12 phase was sufficiently grown coarsely to form a structure suitable for anisotropy. It was not possible to achieve both the bcc-(Fe, Co, Ti) phase and the low 2-17 phase ratio.
No.1~11の試料断面のBSE像を図5に示す。No.1、2,5および8の試料では多量のbcc-(Fe,Co,Ti)相が観察された。また、No.4、7および11の試料では多量の2-17相が観察された。No.3、6、9および10の試料ではbcc-(Fe,Co,Ti)相や2-17相の生成が抑制されており、粉末XRDの結果とよく対応した結果となった。
No. BSE images of cross sections of
本開示の希土類磁石用焼結体は、希土類磁石に用いることが可能である。 The sintered body for rare earth magnets of the present disclosure can be used for rare earth magnets.
Claims (3)
R11-x1R2x1(Fe1-y1Coy1)w1-z1Tiz1Cuα1Oβ1 (1)
R1はY又はYとGdであり、YはR1全体の50mol%以上であり、
R2はSm、La、Ce、NdおよびPrからなる群から選択される少なくとも1種であり、Smを必ず含み、SmはR2全体の50mol%以上であり、
x1、y1、z1、w1、α1、およびβ1は、それぞれ、
0.3≦x1≦0.9、
0≦y1≦0.4、
0.38≦z1≦0.70、
7≦w1≦12、
0≦α1≦0.70、
0.02≦β1≦0.5、および
0≦1-x1-2z1/3-0.092α1―8β1/15≦0.05
を満足する、ThMn12型結晶構造を有する相を主相とする希土類磁石用焼結体の製造方法であって、
原料の溶湯を冷却して、全体の組成が下記の組成式(2)で表され、
R31-x2R4x2(Fe1-y2Coy2)w2-z2Tiz2Cuα2Oβ2 (2)
R3はY又はYとGdであり、YはR3全体の50mol%以上であり、
R4はSm、La、Ce、NdおよびPrからなる群から選択される少なくとも1種であり、Smを必ず含み、SmはR4全体の50mol%以上であり、
x2、y2、z2、w2、α2およびβ2はそれぞれ、
0.3≦x2≦0.9、
0≦y2≦0.4、
0.38≦z2≦0.70、
9.4≦w2≦12.0、
0.44≦α2≦0.70、および
β2≦0.5を満足する希土類磁石用合金Mを作製する工程と、
原料の溶湯を冷却して、全体の組成が下記の組成式(3)で表され、
R51-x3R6x3T3w3Cuα3Oβ3 (3)
R5はY又はYとGdであり、YはR5全体の50mol%以上であり、
R6はSm、La、Ce、NdおよびPrからなる群から選択される少なくとも1種であり、Smを必ず含み、SmはR6全体の50mol%以上であり、
T3はFe,Co,Tiからなる群から選択される少なくとも1種であり、
x3、w3、α3およびβ3はそれぞれ、
0≦x3<0.5、
0≦w3≦3、
0≦α3≦2、および
β3≦0.5を満足する希土類磁石用合金Lを作製する工程と、
合金Lを全体の重量の1.5%以上10%以下の混合比で混合し、合金Mと合金Lの混合微粉を得る工程と、
上記混合微粉の圧粉体を作製する工程と、
前記圧粉体を900℃以上1250℃以下で5分以上50時間以下熱処理して焼結体を得る工程と、を含む希土類磁石用焼結体の製造方法。 The overall composition is represented by the following compositional formula (1),
R1 1-x1 R2 x1 (Fe 1-y1 Co y1 ) w1-z1 Ti z1 Cu α1 O β1 (1)
R1 is Y or Y and Gd, Y is 50 mol% or more of the total of R1,
R2 is at least one selected from the group consisting of Sm, La, Ce, Nd and Pr, always contains Sm, and Sm is 50 mol% or more of the total of R2,
x 1 , y 1 , z 1 , w 1 , α 1 , and β 1 are each
0.3≦x 1 ≦0.9,
0≦y 1 ≦0.4,
0.38≦z 1 ≦0.70,
7≦w 1 ≦12,
0≦α 1 ≦0.70,
0.02≦β 1 ≦0.5, and 0≦1−x 1 −2z 1 /3−0.092α 1 −8β 1 /15≦0.05
A method for producing a sintered body for a rare earth magnet having a phase having a ThMn type 12 crystal structure as a main phase, satisfying
The raw material melt is cooled, and the overall composition is represented by the following compositional formula (2),
R3 1-x2 R4 x2 (Fe 1-y2 Co y2 ) w2-z2 Ti z2 Cu α2 O β2 (2)
R3 is Y or Y and Gd, Y is 50 mol% or more of the total of R3,
R4 is at least one selected from the group consisting of Sm, La, Ce, Nd and Pr, and must contain Sm, and Sm is 50 mol% or more of the total of R4,
x 2 , y 2 , z 2 , w 2 , α 2 and β 2 are each
0.3≦x 2 ≦0.9,
0≦y 2 ≦0.4,
0.38≦z 2 ≦0.70,
9.4≤w2≤12.0 ,
a step of producing a rare earth magnet alloy M satisfying 0.44≦α 2 ≦0.70 and β 2 ≦0.5;
The raw material melt is cooled, and the overall composition is represented by the following compositional formula (3),
R5 1-x3 R6 x3 T3 w3 Cu α3 O β3 (3)
R5 is Y or Y and Gd, Y is 50 mol% or more of the total of R5,
R6 is at least one selected from the group consisting of Sm, La, Ce, Nd and Pr, and must contain Sm, and Sm is 50 mol% or more of the total of R6,
T3 is at least one selected from the group consisting of Fe, Co and Ti,
x 3 , w 3 , α 3 and β 3 are each
0≦x 3 <0.5,
0≤w3≤3 ,
a step of producing a rare earth magnet alloy L satisfying 0≦α 3 ≦2 and β 3 ≦0.5;
a step of mixing the alloy L at a mixing ratio of 1.5% or more and 10% or less of the total weight to obtain a mixed fine powder of the alloy M and the alloy L;
A step of producing a green compact of the mixed fine powder;
A method for producing a sintered body for a rare earth magnet, comprising the step of heat-treating the green compact at 900° C. or higher and 1250° C. or lower for 5 minutes or longer and 50 hours or shorter to obtain a sintered body.
Ibcc‐(Fe,Co,Ti)/IThMn12≦0.75
を満足する、請求項1に記載の希土類磁石用焼結体の製造方法。 In the powder X-ray diffraction pattern of the sintered body, the maximum intensity of the peak due to the 002 reflection of the phase having the ThMn 12 type crystal structure is I ThMn12 , which is due to the 011 reflection of the bcc-(Fe, Co, Ti) phase. When the maximum intensity of the peak to be Ibcc-(Fe, Co, Ti) is
Ibcc- (Fe,Co,Ti) /IThMn12≤0.75
The method for producing a sintered body for a rare earth magnet according to claim 1, satisfying
ITh2Ni17/IThMn12≦0.7
を満足する、請求項1または2に記載の希土類磁石用焼結体の製造方法。 In the powder X-ray diffraction pattern of the sintered body, the maximum intensity of the peak due to the 002 reflection of the phase having the ThMn 12 type crystal structure is I ThMn12 , and the maximum intensity of the peak due to the 023 reflection of the phase having the Th 2 Ni 17 type crystal structure When I Th2Ni17 is the maximum intensity of the peak that
I Th2Ni17 /I ThMn12 ≦0.7
3. The method for producing a sintered body for a rare earth magnet according to claim 1, wherein
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